傳統(tǒng)CCFL背光的缺陷

　　在深入了解LED背光技術(shù)之前，我們有必要先了解當(dāng)前的背光技術(shù)存在什么問(wèn)題。我們知道，液晶是一種介乎于液體和晶體之間的物質(zhì)。液晶的奇妙之處是可以通過(guò)電流來(lái)改變其分子排列狀態(tài)，給液晶施加不同的電壓就能控制光線的通過(guò)量，從而顯示多種多樣的圖像。但液晶本身并不會(huì)發(fā)光，因此所有的LCD都需要背光照明。目前LCD的背光源幾乎都是CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps，冷陰極熒光燈)。

　　由于冷陰極熒光燈不是平面光源，因此為了實(shí)現(xiàn)背光源均勻的亮度輸出，LCD的背光模組還要搭配擴(kuò)散片、導(dǎo)光板、反射板等眾多輔助器件。即便如此，要獲得如CRT般均勻的亮度輸出依然非常困難。大部分LCD在顯示全白或全黑畫(huà)面時(shí)，屏幕邊緣和中心亮度的差異十分明顯。

　　除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、亮度輸出均勻性差之外，采用CCFL作為L(zhǎng)CD背光源還有個(gè)讓人頭痛的問(wèn)題——使用壽命短。絕大部分CCFL背光源在使用2～3年之后亮度下降非常明顯(壽命在15000小時(shí)～25000小時(shí))，許多LCD(尤其是筆記本電腦的液晶屏)在使用幾年后會(huì)出現(xiàn)屏幕變黃、發(fā)暗的現(xiàn)象，這正是CCFL使用衰減期較短的缺陷造成的。

　　與此同時(shí)，由于CCFL背光源必須包含擴(kuò)散板、反射板等復(fù)雜的光學(xué)器件，因此LCD的體積無(wú)法再進(jìn)一步縮小。在功耗方面，采用CCFL作為背光源的LCD也無(wú)法令人滿意，14英寸LCD的CCFL背光源往往需要消耗20W甚至更多的電能。這對(duì)筆記本電腦和便攜設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們的續(xù)航能力將經(jīng)受重大的考驗(yàn)。

　　為了解決CCFL的這些硬傷，幾乎所有的LCD廠商都開(kāi)始尋找更為優(yōu)秀的液晶背光源。由于LED有著超低的能耗、極長(zhǎng)的工作壽命和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，迅速獲得了LCD廠商的青睞，那么LED究竟是什么東西?它有什么奇妙之處呢?

CCFL的管狀外形很像普通的日光燈

事實(shí)上，LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)并非尖端科技產(chǎn)品，它在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn):路邊色彩斑斕的廣告牌、家用電器上顏色各異的指示燈、手機(jī)按鈕的背光照明、汽車的前大燈等等，都采用了LED作為光源。

LED在20世紀(jì)60年代誕生后就被認(rèn)定是熒光燈管、燈泡等照明設(shè)備的終結(jié)者，甚至有人認(rèn)為L(zhǎng)ED將會(huì)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的照明時(shí)代，最終出現(xiàn)在所有需要照明的場(chǎng)合。LED的工作原理和我們常見(jiàn)的白熾燈、熒光燈完全不同，LED從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一種半導(dǎo)體器件。

LED的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)具有特殊導(dǎo)電性能的薄層，也就是常說(shuō)的PN結(jié)(PN Junction Transistors)。PN結(jié)可以對(duì)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻力，當(dāng)對(duì)PN結(jié)施加正向電壓時(shí)，電流從LED的陽(yáng)極流向陰極，而在PN結(jié)中少數(shù)載流子與多數(shù)載流子進(jìn)行復(fù)合，多余的能量就會(huì)轉(zhuǎn)變成光而釋放出來(lái)。LED正是根據(jù)這樣的原理實(shí)現(xiàn)電光的轉(zhuǎn)換。根據(jù)半導(dǎo)體材料物理性能的不同，LED可發(fā)出從紫外到紅外不同波段、不同顏色的光線。

小知識(shí):P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體

如果在硅或鍺等半導(dǎo)體材料中加入微量的硼、銦、鎵或鋁等三價(jià)元素，就變成以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，即P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中，空穴(帶正電)叫多數(shù)載流子;電子(帶負(fù)電)叫少數(shù)載流子。

如果在硅或鍺等半導(dǎo)體材料中加入微量的磷、銻、砷等五價(jià)元素，就變成以電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，即N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中，電子(帶負(fù)電)叫多數(shù)載流子;空穴(帶正電)叫少數(shù)載流子。

由于LED只能發(fā)出單波長(zhǎng)光線，因此LED無(wú)法像白熾燈那樣輕易發(fā)出白色光。這也就是LED指示燈只有藍(lán)色、紅色、綠色等顏色，而沒(méi)有白色的原因。無(wú)法發(fā)出白色光對(duì)于指示燈之類的應(yīng)用并不是什么問(wèn)題，但對(duì)于LCD背光源來(lái)說(shuō)則是無(wú)法逾越的障礙。為了早日實(shí)現(xiàn)LED成為顯示器背光源的接班人，各個(gè)LED制造商都開(kāi)始重點(diǎn)研究白光LED產(chǎn)品。而在這一領(lǐng)域，日本的日亞化學(xué)是先行者，它在1996年就提出了解決方案，即在藍(lán)色LED上涂上黃色熒光粉實(shí)現(xiàn)白光輸出。由于起步早，技術(shù)成熟，日亞化學(xué)取得了白光LED領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)采用日亞化學(xué)方案的產(chǎn)品占據(jù)了80%的市場(chǎng)份額。

被廣泛用作指示燈的LED器件

1.5mm指示燈用LED橫截面示意圖

LED單元構(gòu)造示意圖

LED作為L(zhǎng)CD背光會(huì)帶來(lái)哪些好處呢?首先，采用LED背光的LCD的體積將進(jìn)一步縮小。LED背光源是由眾多柵格狀的半導(dǎo)體組成，每個(gè)“格子”中都擁有一個(gè)LED半導(dǎo)體，這樣LED背光就成功實(shí)現(xiàn)了光源的平面化。平面化的光源不僅有優(yōu)異的亮度均勻性，還不需要復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)，這樣一來(lái)LCD的厚度就能做得更薄，同時(shí)還擁有更高的可靠性和穩(wěn)定性。更薄的液晶顯示面板意味著筆記本電腦擁有更佳的移動(dòng)性。例如，SONY近期推出的VAIO TX筆記本就采用了厚度僅有4.5mm的LED背光液晶顯示屏。

其次，在發(fā)光壽命方面，LED背光技術(shù)也將CCFL遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后面。普通的CCFL背光源一般的使用壽命在3萬(wàn)小時(shí)左右，一些頂級(jí)的CCFL背光的發(fā)光壽命也不過(guò)在6萬(wàn)小時(shí)左右。這樣的壽命對(duì)于頻繁使用的用戶來(lái)說(shuō)意味著使用2～3年后LCD的亮度就將會(huì)明顯下降，而不得不更換LCD的CCFL背光模組。而LED背光則完全沒(méi)有這樣的問(wèn)題，現(xiàn)階段白色LED背光的壽命已經(jīng)高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，而且還有再次提升的潛力。即使24小時(shí)不間斷使用，這樣的壽命也足夠使用5年!

在色彩表現(xiàn)力方面，LED背光也遠(yuǎn)勝于CCFL。原有的CCFL背光由于色純度等問(wèn)題，在色階方面表現(xiàn)不佳。這就導(dǎo)致了LCD在灰度和色彩過(guò)渡方面不如CRT。據(jù)測(cè)試，采用CCFL背光只能實(shí)現(xiàn)NTSC色彩區(qū)域的78%，而LED背光卻能輕松地獲得超過(guò)100%的NTSC色彩區(qū)域。在色彩表現(xiàn)力和色階過(guò)渡方面，LED背光也有顯著的優(yōu)勢(shì)。